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1、-成都理工大学电力系统分析-第 31 页本科生实验报告实验课程 电力系统分析 学院名称 核技术与自动化工程学院 专业名称 电气工程及其自动化 学生姓名 学生学号 指导教师 顾民 实验地点 6C901 实验成绩 二一五年 月 二一五年 月电力系统分析实验报告摘要电力系统分析是电气工程专业的主干基础课程，是学生进入电力系统专业的主要向导和桥梁。而MATLAB仿真中的Simulink建模是对电力系统进行建模分析的一个重要工具。关键词：电力系统；MATALB；建模实验一 电力系统分析计算一、实验目的1. 掌握用Matlab软件编程计算电力系统元件参数的方法.2. 通过对不同长度的电力线路的三种模型进行
2、建模比较，学会选取根据电路要求选取模型。3. 掌握多级电力网络的等值电路计算方法。4. 理解有名制和标幺制。二、实验内容1电力线路建模有一回220kV架空电力线路，导线型号为LGJ-120，导线计算外径为15.2mm，三相导线水平排列，两相邻导线之间的距离为4m。试计算该电力线路的参数，假设该线路长度分别为60km，200km，500km，作出三种等值电路模型，并列表给出计算值。电阻(欧)电抗(欧)电纳(S)电阻(欧)电抗(欧)电纳(S)电阻(欧)电抗(欧)电纳(S)60 km200km500km模型1e-4欧76欧6e-4欧欧190欧-3欧2多级电力网络的等值电路计算部分多级电力网络结线图如
3、图1-1所示，变压器均为主分接头，作出它的等值电路模型，并列表给出用有名制表示的各参数值和用标幺制表示的各参数值。图1-1 多级电力网络结线图线路额定电压电阻(欧/km)电抗(欧/km)电纳(S/km)线路长度（km)L1（架空线）220kv2.81*10-6200L2（架空线）110kV2.81*10-660L3（架空线）10kV忽略15变压器额定容量Pk(kw)Uk%Io%Po(kW)T1180MVA89313175T263MVA280602作出等值电路仿真模型，线路采用中等长度模型，用字母标出相应的参数 以220KV为基本级，SB=100MVA按精确求解要求，求出有名制和标幺制表示的各参
4、数值。（注意有些量要归算）。按下表填入计算数据。用下标标示相应的线路和变压器。参数名称Z1Y1Z2Y2Z3有名制16+jj5.62e-4S标幺制0.j2.72e-10.052+j参数名称ZT1YT1ZT2YT2有名制1.3+j3.4+j标幺制1.742e-3+j3、回答思考题三、思考题1 比较计算数据，讨论模型的适用条件。答：一，对于长度不超过100KM的架空电力线路，线路额定电压为60KV以下者；以及不长的电缆电力线路，电纳的影响不大时，可认为是短电力线路。只能应用短电力线路模型。二，线路电压为110到220KV，架空电力线路长为100-300km，电缆电力线路长度不超过100km的电力线路
5、，可以认为中等长度的电力线路。三，一般长度超过300km的架空电力线路和长度超过100km的电缆电力线路称为长线路，对于这种电力线路，需要考虑他们的分布参数特性。2 什么是有名制？什么是标幺制？电力系统元件的有名值和标幺值有什么关系？有名制：采用有单位的阻抗，导纳，电压，电流，功率等进行计算的。标幺制：采用没有单位的阻抗，导纳，电压，电流，功率等的相对值来进行计算的。标幺值=有名值/相应的基准值。实验二 电力系统简单电网潮流计算一、实验目的1. 学习Matlab仿真方法。2. 初步掌握电力系统时域分析工具。3. 电力系统简单电网潮流计算仿真分析。二、实验内容在如图2-1所示的电力系统中，已知条
6、件如下：变压器T：SFT-40000/110，线路AC段：；线路BC段：；线路AB段：；各段线路的导纳均可略去不计；负荷功率：；母线D的额定电压为10kV。节点A为平衡节点，其余为PQ节点。计算系统的潮流分布。图2-1 简单电力系统三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真第四章四、实验设备1. PC一台2. Matlab软件五、实验过程 图2-2负载1参数图2-3负载2参数图2-4 线路参数图2-5线路1参数图2-6线路2参数图2-7同步发电机参数图2-8仿真系统图2-9 仿真电流结果图2-10仿真电流结果六、思考题1、为什么会有线损？线损的构成主要有哪些成分
7、？答：线路有阻抗、导纳。电阻、电导会消耗有功，电抗、电纳会消耗无功实验三、复杂电力系统的潮流计算一、实验目的1. 学习Matlab仿真方法。2. 掌握电力系统时域分析工具。3. 电力系统复杂电网潮流计算仿真分析。二、实验内容如图3-1所示的电力系统中，变压器两侧电压等级分别为10kV和110kV，各元件参数标幺值示于图中。（SB=100MVA，VB=Vav），计算系统的潮流分布。G2G1T2T1P4U41.05:1U55=0。S1S2S3发电厂2发电厂1Z23Z12Z13ZT1ZT2ACDBE图3-1 复杂电力系统网络图三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真
8、第四章四、实验设备1. PC一台2. Matlab软件五、实验报告要求1、Simulink仿真模型如下。2、说明建模步骤和仿真过程3、系统的潮流分析 分析系统各节点电压大小是否满足系统要求，若不满足如何进行调整？ 4、保持负荷有功功率不变，改变无功负荷，观察记录各母线电压。保持无功负荷不变，改变有功负荷，观察记录各发电机母线功角。保持负荷不变，改变变压器变比，观察记录各母线电压。5、回答思考题六、思考题1、谈谈你对线路损耗的认识。答：线损是电能通过输电线路传输而产生的能量损耗产生的。电力网络中除输送电能的线路外，还有变压器等其他输变电设备，也会产生电能的损耗，这些电能损耗的总和称为网损。 线损
9、是由电力传输中有功功率的损耗造成的，主要由以下3个部分组成。 = 1 * GB3于电流流经有电阻的导线，造成的有功功率的损耗，它是线损的最主要部分由于线路有电压，而线间和线对接之间的绝缘有漏电，造成的有功功率损耗电晕损耗：架空输电线路带电部分的电晕放电造成的有功功率损耗。在一般正常情况下，后两部分只占极小的份量。2、如果各110kV线路承担的输送功率长期满负荷运行，有何方法可较好地解决线损过高问题？答：为了降低网络功率损耗,可以采取改变系统运行方式,调整运行参数和负荷率等措施使网络的功率分布接近经济分布,使网络运行更经济,功率损耗为最小。在有功功率合理分配的同时,还应做到无功功率的合理分布。按
10、照就近的原则安排补偿,减少无功远距离输送。增设无功补偿装置,并合理配置,以提高负荷的功率因数,改变无功潮流分布,可以减少有功损耗和电压损耗,可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率,使线损大为降低,而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。实验四 电力系统三相短路故障仿真分析一、实验目的1. 学习Matlab仿真方法。2. 掌握电力系统时域分析工具。3. 对三相接地短路故障进行仿真分析。二、实验内容设某部分电力线路的简化等值电路如图所示。用Matlab仿真工具建立模型，并仿真线路出现三相接地短路时短路点的电流电压的变化情况。图4-1简单三相接地短路电路图模型1.交
11、流电压源元件参数电压峰值/V相位/rad频率/Hz采样时间/S测量值110050002.串联RLC参数电阻R/欧姆电感L/H电容C/F测量值RLC1535e-31e-6Branch currentRLC15105e-31e-6Branch current3.仿真参数Start timeStop timeTypeRelative tolerance 其它0Variable-step,ode15s(stiff/NDF)1e-3auto4.三相电路短路故障发生器（有对地故障）RonTran statusTran times测量值RpCpRg1 0 0.02 0.05none1e6inf三、实验原理及
12、步骤参考教材MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真第五章四、实验设备1. PC一台2. Matlab软件五、实验步骤图4-2三相交流电压源参数图4-3电力线路参数图4-4电力线路1参数图4-5 Simulink仿真系统图图4-6短路点三相电压波形图4-7短路点三相电流波形图4-8电力线路1电流图4-9电力线路1电压实验思考1. 什么叫冲击电流？答：短路冲击电流是短路全电流中的最大值，在短路后半个周期t=0.01s,ik达到最大，此时的短路全电流即为短路冲击电流。2. 什么叫短路电流的最大有效值？答：由短路点的电流波形可知，在短路后第一个周期的短路电流的有效值最大。3. 某一线路，首端
13、发生三相短路故障和末端发生三相短路故障引起的系统反应一样吗？请说说理由答：两者不一样，短路后之路中的电力原件发生了变化，且首段短路时短路电流最大，造成影响也最大。实验五 电力系统不对称故障分析一、实验目的1. 学习Matlab仿真方法。2.掌握电力系统时域分析工具。3. 熟悉不同类型短路故障的特点及其影响，对电力系统出现的不对称故障进行仿真分析。二、实验内容设无穷大电源的电力系统电路如图5-1，仿真分析在K点出现各种短路故障时电流电压的变化。图5-1电力系统各种短路故障仿真图电压有效值A相相位（正序）频率连接方式内阻抗105KV050Y长度电阻R(正，零序)电感L(正，零序)电容C(正，零序)
14、测量值RLC1100km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRLC260km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRonRgTran statusTran timesSample timeRpC1 0 0.01 0.0401e-6infFundamental frequenceHarmomic n Sequence 501Positive Negative ZeroStart timeStop timeTypeRelative tolerance 其它0Variable-s
15、tep,ode15s(stiff/NDF)1e-3auto三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真第五章四、实验设备1. PC一台2. Matlab软件五、实验步骤图5-2 三相电压源参数图5-3三相变压器参数图5-4分布线路参数图5-5分布线路1参数图5-6 Simulink仿真系统图图5-7 三相故障时电流波形图5-8两相故障时电压波形图5-9 A相接地短路时电流波形三相短路分析在三相电路短路故障发生器参数中将三相故障全选中，并选择故障相接地选项。进行电路仿真，用M1观察故障点电流波形，并记录三相电流的最大幅值，填入表中。A相B相C相六、思考题1理论上推导
16、在两相短接时三个序电流之间有什么关系?与实验结果进行比较.答：正序电流等于负的负序电流、零序电流为零。2单相接地短路时短路电流与三个序电流之间有什么关系?与实验结果进行比较.答：单相接地短路时正序电流等于负序电流等于零序电流。3、有人认为发生不对称故障时，故障相电流是由各序电流合成的，因此相电流一定比序电流要大，对吗？为什么？答：不对，合成是相量合成，有可能总电流比序电流小。实验六 小电流接地系统单相故障分析一、实验目的与要求通过实验教学加深学生的基本概念，掌握小电流接地系统的单相故障的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对系统配电线路进行单相接地短路故障仿真实验，以达到理论联系实际的
17、效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。二、实验内容 搭建如图6-1所示的系统模型并仿真，该系统有1个电源，3条配电线路，4个负荷，在Line3的末端设置单相接地短路故障，观察示波器中的电压和电流波形，记录下故障电压电流的有效值。电压有效值A相相位（正序）频率连接方式内阻抗105KV050Yg长度电阻R(正，零序)电感L(正，零序)电容C(正，零序)测量值RLC1120km0.01273 0.38640.937e-3 4.12
18、e-312.7e-9 7.75e-3noneRLC2180km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRLC32 km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRLC4150 km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRonRgTran statusTran timesSample timeRpC1 0 0.01 0.0401e-6inf三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真第五章四、实
19、验设备1. PC一台2. Matlab软件五、实验步骤图6-2三相电压源参数图6-3三相电压电流测量元件参数图64线路1参数图6-5 load1参数图6-6 故障模块参数图6-7 仿真系统参数通过示波器8得到系统的零序电压3u0图6-8 系统的零序电压3u0图6-9 系统的零序电压3I0图6-10故障点的三相电压图6-11 故障点的接地电流（黄色表示A相、其他两相电流为零）图6-12 故障点A相电压图6-13 故障点B相电压图6-14故障线路零序电流的幅值图6-15故障点C相电压图6-16 故障线路零序电流相位六、实验思考题1、中性点不接地系统为什么可以在单相接地故障发生时允许继续运行2小时？
20、答：因为10KV中性点不接地 ，不影响线电压， 其他高压有接地故障保护应当立即跳开。2、中性点不接地系统装设消弧线圈的原则是什么？装设消弧线圈的目的是什么？答：目的是防止单相接地时接地点出现断续电弧，引起谐振过电压。实验七 一个复杂电力系统的短路计算一、实验目的与要求通过实验教学加深学生的基本概念，掌握复杂电力系统短路故障的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对复杂电力系统短路故障仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相
21、关的理论知识对仿真结果加以分析。二、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真第五章三、实验设备1. PC一台2. Matlab软件四，实验报告要求1、 给出复杂系统故障的仿真模型2、说明建模步骤和仿真过程短路点k1短路点在k2：五，思考题1、 同步发电机三相短路暂态过程的有何特点？发生短路时，作为电源的发电机的内部也发生暂态过程，并不能保持其端电压和频率不变。一般讲，由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为转子保持同步转速，即频率保持稳定。实验八 同步发电机三相短路暂态过程分析 一、实验目的与要求通过实验教学加深学生的基本概念，掌握同步发电机三相短
22、路暂态过程的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对同步发电机三相短路暂态过程仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。二、实验内容 已知一台有阻尼的同步发电机，其参数如下：若发电机空载，端电压为额定电压，发电机定子端部突然发生三相短路，并且，求发电机定子电流。三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真第五章四、实验设备1. PC一台2. Matlab软件五、实
23、验过程：六、思考题1、同步发电机三相短路暂态过程的有何特点？ 2、发电机机端两相短路和机端三相短路相比，有何不同？答：实验九 简单电力系统静态稳定性仿真一、实验目的与要求通过实验教学加深学生的基本概念，了解影响系统静态稳定性的因素，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对简单电力系统静态稳定仿真实验，以达到理论联系实际的效果，增强对系统稳定性的认识与理解，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。二、实验内容 对如图9-1所示的单机无
24、穷大系统，发电机带有自动励磁调节器，发电机输出的功率为，；原动机的功率为；发电机为隐极机，且不计发电机各绕组的电磁暂态过程发电机的参数：负序电抗：变压器T-1的参数:;变压器T-2的参数:;线路的参数：，线路的零序电抗为正序电抗的5倍。运行条件如下：分析在为常数的条件下，发电机励磁调节系统对发电机静态稳定性的影响。三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真第六章四、实验仪器设备及耗材1.每组计算机1台、软件Matlab7.0套。五、实验报告要求1、给出单机无穷大系统静态稳定性Simulink仿真模型。 发电机参数设置 变压器T1，T2参数设置(T1，T2参数一样
25、) 负载参数设置 无穷大系统参数设置六、思考题1、功角和发电机惯性时间常熟TJ的物理意义是什么？转动惯量。在额定转矩的作用下，把转子加速至额定转速的时间。理论上是一直线关系，实际上是一曲线.2、 影响电力系统静态稳定性的因素有哪些？主要和线路的潮流及线路的热稳定极限有关。3、 如何提高电力系统的静态稳定性？电力系统的静态稳定性是电力系统正常运行时的稳定性，电力系统静态稳定性的基本性质说明，静态储备越大则静态稳定性越高。提高静态稳定性的措施很多，但是根本性措施是缩短电气距离。主要措施有:(1)、减少系统各元件的电抗:减小发电机和变压器的电抗，减少线路电抗(采用分裂导线);(2)、提高系统电压水平
26、;(3)、改善电力系统的结构;(4)、采用串联电容器补偿;(5)、采用自动调节装置;(6)、采用直流输电。在电力系统正常运行中，维持和控制母线电压是调度部门保证电力系统稳定运行的主要和日常工作。维持、控制变电站、发电厂高压母线电压恒定，特别是枢纽厂(站)高压母线电压恒定，相当于输电系统等值分割为若干段，这样每段电气距离将远小于整个输电系统的电气距离，从而保证和提高了电力系统的稳定性。实验十 简单电力系统暂态稳定性仿真一、实验目的与要求通过实验教学加深学生的基本概念，了解系统遭受大干扰后(比如短路故障)系统能否稳定运行与故障切除时间等因素紧密相关，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对简单电力
27、系统暂态稳定仿真实验，以达到理论联系实际的效果，增强对系统稳定性的认识与理解，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。二、实验内容 对如图10-1所示的单机无穷大系统，分别分析在f点发生两相短路、两相接地短路通过线路两侧开关同时断开切除线路后，系统的暂态稳定性。发电机的参数：负序电抗：变压器T-1的参数:;变压器T-2的参数:;线路的参数：，线路的零序电抗为正序电抗的5倍。运行条件如下：三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Sim
28、ulink电力系统建模与仿真第六章四、实验仪器设备及耗材1.每组计算机1台、软件Matlab7.0套。五、实验过程 Simulink仿真模型 发电机参数 变压器T1参数 变压器T2参数 电力线路参数 发电机功角，转速变化曲线六、思考题1、功角和发电机惯性时间常熟TJ的物理意义是什么？答：TJ的物理意义可以理解为当输出电磁转矩为0时，输入的机械转矩为1，则不平衡转矩为1时，机组从 静止升速至额定转速所需时间。2、提高电力系统静态稳定和暂态稳定的措施主要有哪些？答：提高静态稳定性措施：主要措施有:(1)、减少系统各元件的电抗:减小发电机和变压器的电抗，减少线路电抗(采用分裂导线);(2)、提高系统电压水平;(3)、改善电力系统的结构;(4)、采用串联电容器补偿;(5)、采用自动调节装置;(6)、采用直流输电。提高暂态稳定性措施：(1)、继电保护实现快速切除故障； （2）、线路采用自动重合闸； （3）、采用快速励磁系统； （4）、发电机增加强励倍数； （5）、汽轮机快速关闭汽门；学生实验 心得学生（签名）： 2015年 1月 6日指导教师评语成绩评定：指导教师（签名）： 年 月 日